前言

共享内存区是最快的IPC形式。一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，换句话说是进程不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据.

一、共享内存的实现原理

我们以上图为例，A和B是两个进程，他们都有自己的进程地址空间，进程地址空间经过页表映射到物理内存中，而共享内存是什么呢？就是有一个机制在物理内存中直接开好一块内存，这一块内存经过页表的映射到进程地址空间中的共享区（共享区在堆区和栈区之间），然后把共享区这块空间的起始地址返回给用户，两个进程进行同样的工作不就实现了让不同的进程看到同一份资源吗，那么如何让这两个进程取消关联呢？其实很简单，如下图：

要取消两个进程间的关系只需要修改页表让进程地址空间不再通过页表的映射找到共享内存，并且将开好的空间释放掉，这就完成了进程间的取消关联。以上就是共享内存的基本原理。

二、实现共享内存的代码

首先我们创建所需要的文件，比如这里我创建了shmclient.cc和shmserver.cc以及makefile，然后我们需要用makefile帮我们创建两个可执行程序：

.PHONY:all
all:shmclient shmserver
shmclient:shmclient.cc
  g++ -o $@ $^ -std=c++11
shmserver:shmserver.cc
  g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
  rm -f shmclient shmserver

当然我们还需要一个存放头文件的文件：

我们为了防止头文件重复包含所以用了条件编译，下面我们开始正式写代码，在这之前我们需要了解shmget函数，这个函数是用来获取共享内存的：

此函数有三个参数，第一个参数key我们稍后讲解，第二个参数size就是要开多大的共享内存，第三个参数开的模式，IPC_CREAT的意思是创建一个共享内存，如果共享内存不存在，就创建，如果已经存在了就获取已经存在的共享内存并返回。IPC_EXCL不能单独使用，要配合IPC_CREAT使用，使用方式是（IPC_CREAT | IPC_EXCL），这两个组合在一起就是创建一个共享内存，如果共享内存不存在，就创建一个新的共享内存，如果已经存在了共享内存，就立马出错返回，那么这有什么意义呢？意义就是保证给我们创建的共享内存一定是最新的没有被使用过。

下面我们来看看shmget函数的返回值：

如果我们创建成功了就给我们返回一个共享内存的标志，如果错误则返回-1.现在我们来讲讲第一个参数key是什么，我们可以看到这个参数的类型key_t，而这个参数实际上我们是需要另一个函数ftok获取的，下面我们来看看ftok函数：

ftok这个函数的第一个参数是路径，第二个参数是一个int类型的id，这两个参数是用户去填的，ftok函数会结合路径和id转化出一个很难被重复的key值，由于系统中一定会同时存在多个共享内存，所以共享内存不是我们想的那样只要在内存中开辟空间即可，而是系统为了管理共享内存，会构建结构体来描述共享内存，所以共享内存 = 共享内存的内核数据结构 + 真正开辟的内存空间。下面我们用画图的方式解释一下这里的关系：

中间的4个共享内存结构体是被系统所管理的，红色的共享内存是被进程A开辟的，那么如何让B进程也指向A开辟的这个共享内存呢，只需要让他们两个进程都用同一个路径和同一个id这样就生成了同样的key值，有了这个值B进程就能指向A开辟的那个共享内存了。

理解了以上的知识我们就可以直接写代码了，先将所有的头文件包好，因为两个进程都需要同样的路径和id所以我们直接define一下：

我们直接将路径定义为一个.,一个点就代表是在当前路径，那么到时候创建共享内存的时候就会创建在当前当前路径了。下面我们直接写一个获取key的函数：

在用ftok函数之前我们先看一下此函数的返回值：

如果成功就返回已经创建好的key值，如果失败则返回-1.

#ifndef __COMM__HPP__
#define __COMM__HPP__
#include <iostream>
#include <cerrno>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
#define PATHNAME "."
#define PROJID 0x6666
key_t getKey()
{
    key_t k = ftok(PATHNAME,PROJID);
    if (k==-1)
    {
        cerr<<errno<<" : "<<strerror(errno)<<endl;
        exit(1);
    }
    return k;
}

有了key后下一步我们就可以开始创建共享内存了，从我们刚刚画的图可以看到，一定是有一个进程先创建了共享内存，然后另一个进程去找获取刚刚创建的共享内存，所以我们下一步就是在服务端创建一个共享内存：

首先我们先用一个全局变量来控制共享内存的大小，然后直接用两个函数封装创建共享内存和打开共享内存：

static int createShmHelper(key_t k,int size,int flag)
{
    int shmid = shmget(k,gsize,flag);
    if (shmid==-1)
    {
        cerr<<errno<<" : "<<strerror(errno)<<endl;
        exit(2);
    }
    return shmid;
}
int creatShm(key_t k,int size)
{
    return createShmHelper(k,size,IPC_CREAT|IPC_EXCL);
}
int getShm(key_t k,int size)
{
    return createShmHelper(k,size,IPC_CREAT);
}

第一个静态函数就是我们创建共享内存的步骤，flag是我们要怎么创建的选项，第一次创建必须是一个全新的没有使用过的，这个给服务端用，第二个是打开已有的共享内存是给客户端用的，然后我们在客户端和服务端也把代码写完整：